کارگاه آموزشی کاربردهای فناوری نانو در محیط زیست

وانرژی های نو

مهندس فرهاد جدیدی

نانو تخيل امروز ،

واقعيت فردا

آريا پليمر پیشگام

1394سال =

توسعه همه جانبه فناوري نانو

رتبه پانزدهم دنيا

60

52

4851

42

3631

25

رتبه علمي ايران 20

9 17 30 3058

132

281

465

فناوري نانو ISIتعداد مقاالت ايران

عمده فعاليت هاي صورت پذيرفته

کسب مقام دوم کشوري در بخش نانو جشنواره فن آفريني شيخ بهائي •

ارائه محصول نانو کامپوزيت ضد خوردگي در نمايشگاه توانمندي هاي نانو •کشور

ساخت مستربچ ضد باکتري بر پايه پلي پروپيلن حاوي نانو ذرات نقره و •کيتوزان ) اختراع ثبت شده (

ساخت پوشش نانو کامپوزيت پليمري جهت جلوگيري از خوردگي ) اختراع ثبت •شده (

ساخت دستگاه حذف دی اکسيد گوگرد توسط ميدان الکتريکی ) اختراع ثبت •شده (

ساخت دستگاه حذف اکسيدهای نيتروژن توسط ميدان الکتريکی ) اختراع ثبت •شده (

برگزاري کارگاههاي آموزشي در زمينه نانو تکنولوژي•

نانوتكنولوژي چيست؟

نانوفناوري عبارت است از آفرينش مواد، قطعات و سيستم هاي مفيد با كنترل آنها در

طولي نانومتر و بهره برداري از مقياسخصوصيات و پديده هاي جديد حاصله در آن

مقياس.

100 تZا1 تحقيقZات و فنZاوري در سZطوح اتمي، مولكZولي و مZاكرومولكولي بZا طZول تقريZبي از هتوسZع

ايجZاد و نZانومتر، بZه منظZور فZراهم آوردن شZناخت اصZولي از پديZده هZا و مZواد در مقيZاس نZانو و بZا هZدف

داراي كوچZك و يZا متوسZط خZودههZايي كZه بZه خZاطر انZداز اسZتفاد ه از سZاختارها، قطعZات و سيسZتم

خواص و عملكردهاي جديدي هستند.

نانوفناوري در آمريكا تعريف نانوفناوري كه توسط برنامه ملي پيشگامي

صورت گرفته يكي از بهترين تعاريف آن باشد:

دیگر این سؤال مطرح نیست که آیا نانوتکنولوژی توسعه می یابد یا خیر؛

بلکه این سؤال مطرح است که چه کسی در هر عرصه، پیشتاز است؟

10

يك نانومتر چقدر است؟

دو ميليارد نانومتر

يک ميليون نانومتر•

هزاران نانومتر•

نانومتر•

کمتر از نانومتر•

مادر طبيعت قبال آنرا براي شما انجام مادر طبيعت قبال آنرا براي شما انجام داده استداده است

1 μm

100 nm

2.5 nm

1-20 nm

10 μm

100 μm

سر منشأ ايده فن آوري نانو

سئوال كه در سمينار عنوان كرد چهارريچارد فايمن« با طرح» سئوال »ريچارد« به اين چهار ايده فن آوري نانو را به ميان آورد.

صورت بود: Bرا با اتم A - آيا ميتوان اتمها را جابجا كرد؟)مثال جاي اتم 1•

عوض كنيم.(- آيا ميشود ماشينهاي بسيار بسيار كوچك درست كرد؟)مثال با 2•

چند اتم...(- آيا ميتوانيم سيم هايي درست كنيم كه از اتم ساخته شده 3•

باشند؟- آيا قوانين فيزيك در برابر اين جزئيات مقاومت مي كنند؟4•

جوايز مطرح شده توسط آقاي : فاينمن

ن الکتروموتوريياول دالر براي ساخت 1000.مکعب باشد نچي ا1/64حداکثر که ابعادش

( 1960)تحقق

کسي که بتواند ابعاد يک جايزه اي براي • که اي کوچک کندصفحه کتاب را به اندازه

پ وبتوان آن را به کمک يک ميکروسک. خوانديکيالکترون

(1985 )تحقق

تاریخچهگردد. قدمت علم نانو به شروع حیات روی کره زمین برمی

جانوران نرم تن صدف دار و حلزون ها، صدفهای بسیار سختی را می سازند که در واحد های نانو ساختاری بسیار محکم به یکدیگر متصل شده

اند.

قرن چهارم پس از میالد: شیشه سازان رومی شیشه هایی حاوی فلزات نانو مقیاس می ساختند.

: فناوری عکاسی که وابستگی کاملی به ذرات بسیار ریز 19 و 18قرن .نقره دارد، توسعه یافت

19

رويدادهاي مهم در زمينه فناوري نانو

قديم از مردمبهره گيري فناوري نانو

مشهور جامليکرگوس

:اهميت نانو ابعاد

د ـح به حجم بسيار زيادي هستنـو متري داراي نسبت سطـترکيبات نان•.)حجم کمي دارند اما سطح زيادي را پوشش مي دهند (

سيستم هاي ماکروسکوپيک ساخته شده ازنانو ساختارها مي توانند •ه ـروساختارها داشتـچگالي بيشتري نسبت به مواد ساخته شده از ميک

دايت الکتريکي بهتري دارند . ـنين هـد و همچـباشن

ماده مانند رنگ ، ذاتي طراحي مواد نانو متري تغيير در خصوصيات •خواص مغناطيسي، دماي ذوب و ... بدون تغيير ترکيبات شيميايي آن

ممکن مي شود .

از جمله خصوصيت مواد بيولوژيکي و زنده، سازماندهي منظم آنها در •ابعاد نانومتري است و توسعه در زمينه نانو فناوري به ما اجازه خواهد داد که چيزهاي نانو ابعادي ساخت بشر را در داخل سلولهاي زنده قرار

دهيم .

23

) مربع ) متر خارجي سطح ) متر ) ابعاد تکه تعداد تقسيم دفعات

0.0006 0.01 1 0

0.0012 0.005 8 1

0.0024 0.0025 64 2

0.0048 0.00125 512 3

0.0096 0.000625 4096 4

0.0192 0.0003125 32768 5

0.0384 0.00015625 262144 6

0.0768 0.000078125 2097152 7

0.1536 3.90625E-05 16777216 8

0.3072 1.95313E-05 134217728 9

0.6144 9.76563E-06 1073741824 10

1.2288 4.88281E-06 8589934592 11

2.4576 2.44141E-06 68719476736 12

4.9152 1.2207E-06 5.49756E+11 13

9.8304 6.10352E-07 4.39805E+12 14

19.6608 3.05176E-07 3.51844E+13 15

39.3216 1.52588E-07 2.81475E+14 16

78.6432 7.62939E-08 2.2518E+15 17

157.2864 3.8147E-08 1.80144E+16 18

314.5728 1.90735E-08 1.44115E+17 19

629.1456 9.53674E-09 1.15292E+18 20

1258.2912 4.76837E-09 9.22337E+18 21

2516.5824 2.38419E-09 7.3787E+19 22

5033.1648 1.19209E-09 5.90296E+20 23

سطح يک ميليون بار بيشتر

ميليون بار بيشتر8سطح

مؤثر وزن با یکنواخت پوشش

24

کرم ضد آفتاب

کرم هاي ضد آفتاب حاوي •نانوذرات اکسيد روي و تيتانيوم

UVجلوگيري از رسيدن امواج •به پوست

شفاف )ذرات کمتر از طول •موج نور(

كه خود به خود تميز سطوحیمي شوند

سطوح فوق آبگريز در طبيعت

27

سطوح فوق آبگريز در طبيعت

28

29

ود ـخ و سـطح اهمواری ـن بين اط ارتـبتميزشوندگي

30

ساختمان نانويي

نانو تكنولوژي در سيمانكاربرد مواد نانو در صنعت بتن

شيشه هاي خود به خود تميز شونده تصفيه هوا انتشار نور

روکار هاسيستم هاي انتقال حرارت

آسفالت 31

استفاده نانو در صنعت خودرو سازي، هواپيما سازي و کشتي سازي

- شيشه هاي خود به خود تميز شونده 1- بدنه 2- فيلتر ها وروغن ها ي آب گريز 3- توربين ها 4- سوخت 5

32

33

پارچه های ضد آب و ضد چروکضد آب و چروک شدن در عین حفظ لطافت )افزودن •

خاصیت به پارچه های کتانی(بی نیازی از شستشوی لباسها •حذف بوی عرق لباس ورزشکاران )لباسهایی ضد آب •

با قابلیت عبور هوا و بخار آب(

پارچه های آنتی باکتریالپارچه ضدعفوني كننده با استفاده از افزودن نانوذرات

نقره در پارچهکاربردهای پزشکی، نظامی

پارچه های هوشمندبا شرایط محیطی تغییر می کنند و حتی مراقب عالیم •

حیاتی هستند.پارچه های خود ترمیم شونده با استفاده از نور •ایده ی انسان نامریی•

34

نانولوله های کربنیاستوانه های توخالی از جنس ورقه های گرافیت، طول از یک •

تا چند میکرومترشکل کشیده شدة اتم های فولرین•ارزیابی به شکل یک تک مولکول یا یک کریستال شبه یک بعدی•

::نانولوله های کربننانولوله های کربن میرینوبواندو ساخت فیبرهای کربن با ابعاد نانومتری را در میرینوبواندو ساخت فیبرهای کربن با ابعاد نانومتری را در 19701970اولین بار در سال اولین بار در سال

..رساله دکترای خود در دانشگاه اورالن در فرانسه گزارش دادرساله دکترای خود در دانشگاه اورالن در فرانسه گزارش داد

نانولوله های کربنی توسط یک متخصص ژاپنی میکروسکوپهای الکترونی نانولوله های کربنی توسط یک متخصص ژاپنی میکروسکوپهای الکترونی 19911991در سال در سال ..به نام سومیوایجیما در هنگام مطالعه بر روی فلورین ها کشف شدبه نام سومیوایجیما در هنگام مطالعه بر روی فلورین ها کشف شد

مدتی بعد توماس ابزن و پیولیکل آجین از آزمایشگاه آقای ایجیما چگونگی تولید مدتی بعد توماس ابزن و پیولیکل آجین از آزمایشگاه آقای ایجیما چگونگی تولید نانولوله های کربن به صورت انبوه توسط تبخیر قوس الکتریکی گزارش شد.نانولوله های کربن به صورت انبوه توسط تبخیر قوس الکتریکی گزارش شد.

نانولوله های تک دیواره بطور همزمان توسط گروه ایجیما در نانولوله های تک دیواره بطور همزمان توسط گروه ایجیما در 19931993سپس در سال سپس در سال در در IBMIBM و گروه دونالد بثون در مرکز تحقیقات آلمان متعلق به شرکتو گروه دونالد بثون در مرکز تحقیقات آلمان متعلق به شرکت NECNEC شرکتشرکت

..کالیفرنیا کشف شدکالیفرنیا کشف شد

انواع نانولوله های انواع نانولوله های ::کربنکربن

نانولوله های کربنی تک نانولوله های کربنی تک ::دیوارهدیواره

نانولوله های کربنی چند نانولوله های کربنی چند ::دیوارهدیواره

ها نانولوله ها ساختار نانولوله :: ساختار

اجزاء اجزاء نانولولهنانولوله

قسمت اول دیواره های استوانه ای شکل که از لوله شدن صفحات قسمت اول دیواره های استوانه ای شکل که از لوله شدن صفحات گرافیتی ایجاد شده استگرافیتی ایجاد شده است

66وو55قسمت دوم انتهای بسته نانولوله که از نیم کره هایی شامل قسمت دوم انتهای بسته نانولوله که از نیم کره هایی شامل ..ضلعی مانند فلورین تشکیل شده استضلعی مانند فلورین تشکیل شده است

است که از است که از spsp22 هیبریداسیون اتم های کربن در آرایش نانولوله هیبریداسیونهیبریداسیون اتم های کربن در آرایش نانولوله هیبریداسیون درجه با هم می درجه با هم می 120120تشکیل شده و زاویه تشکیل شده و زاویه pp با دو اربیتالبا دو اربیتال ss ترکیب یک اربیتالترکیب یک اربیتال

سازند که همان پیوند سیگما در صفحه را که از نوع کوواالنسی است تشکیل می سازند که همان پیوند سیگما در صفحه را که از نوع کوواالنسی است تشکیل می ..دهد اربیتال باقی مانده بر صفحه عمود و پیوند ضعیف پای را به وجود می آورددهد اربیتال باقی مانده بر صفحه عمود و پیوند ضعیف پای را به وجود می آورد

انواع انواع نانولوله نانولوله

ها ها

نظر نظر از ازکایرالیتیکایرالیتی

m = nm = n آرمچیرآرمچیر

n≠m n≠m کایرالکایرال

یایا n=0 n=0 زیگزاگزیگزاگm=0 m=0

Zigzag

C=(10,0)C=(10,0)(0,0)(0,0)

Armchair

C=(10,10)C=(10,10)

(0,0)(0,0)

Chairal

C=(10,5)C=(10,5)

(0,0)(0,0)

aa11

aa22

aa11

aa22

aa11

aa22

ساخت پايين به باال ساخت باال به پايين

39

تالقی دو رويکرد

طبقه بندي هاي مختلف نانو موادnm 100 <3ذرات، نقاط كوانتومي بعدي

...و

nm 100 <2لوله ها، رشته ها، سيم ها بعدي…و

nm 100 <1فيلم ها، پوشش ها، چند بعدي…اليه ها و

ابعاد

ذرات كريستالي، جامد تك فازي …آمورف، اليه ها و

قالب كامپوزيتها، جامد چند فازيذرات پوشش داده شده

كلوئيدها، سيستم هاي چندفازي…آئروسل ها، فروفلوئيدها و

تركيب فازي

، CVDسنتز شعله اي، واكنش فاز گازي…و

سل ژل رسوب گيري، واكنش فاز مايع…رمال وتهيدرو

آسياب مكانيكي، تغيير پروسه مكانيكي…شكل پالستيكي و

فرآيندهاي توليد

مواد فرآوري روشهاينانوساختار

جامد فاز از سنتز

مکانيکي آلياژسازي

مايع فاز از سنتز گاز فاز از سنتز

ژل- سل

سونوشيمي

حرارتي - آبي

الکتريکي دهي رسوب

شيميايي دهي رسوببخار فاز

فيزيکي دهي رسوببخار فاز

سول ايرو

کمک به دهي رسوبشعله

41

42

جایگاه نسبت به علوم دیگر

بیولوژی

شیمی فیزیک

مهندسی

نZZZانو

43

جایگاه نسبت به علوم دیگر

بیولوژی

شیمیفیزیک

مهندسی

نZZZانو

نیست رشته ای جدید در واقع فناوری نانوبه فناوری های موجود است میان رشته ای و رویکردی جدید بلکه .

مضرات نانو تکنولوژي

هZر چنZد كZه گفتZه مى شZود نانوفنZاورى قZابليت توليZد فنZاورى هZاى تمZيزتر را دارا اسZت؛ امZا و كZاربرد

در كZاربرد نZانومواد يZا ريزمZواد بايZد احتيZاط الزم را بZه عمZل آورد. مطالعZات نشZان مى دهZد افZرادى كZه در معZرض انتشZار نZانومواد قZرار دارنZد ممكن اسZت بZZه عارضZZه هZZايى دچZZار شZZوند و همچZZنين تخليZZه نZZانوذرات بZZه آب نZZيز سZZبب آلZZودگى هZZاى سZZمى

زيست محيطى مى شود.

تاثير مخرب نانوذرات آلومينيوم بر رشد گياهان

1064 C

توده طال

Cدماي ذوبي

ماد

بذو

شعاع ذره )نانومتر(

تغيير نقطه ذوب طال با تغيير شعاع ذره

45

در مقياس ماکرو در مقياس نانو

عمده اتمها داخل ماده هستند.

عمده اتمها در سطح ماده هستند.

تغيير اندازه اثر کمی بر افزايش اتمهای سطحی

دارد.

تغيير اندازه اثر خيلی زيادی بر افزايش اتمهای سطحی

دارد.

نقطه ذوب وابسته به اندازه ذره نيست.

نقطه ذوب با کاهش اندازه ذره کاهش می يابد.

46

رسانش هوشمندرسانش هوشمند درمان سرطان با نانوپوسته هاي طاليي درمان سرطان با نانوپوسته هاي طاليي

اليه اول: طال–اليه دوم: سيليکا–اليه سوم )درصورت وجود(: پليمر حاوي دارو–

48

49

نانو کامپوزيتهاي پليمري

کامپوزيت چيست؟•

نانو کامپوزيت به چه موادي اطالق مي شود؟•

فاز پراکندهفاز زمینه

51

خواص مواد نانوكامپوزيت پليمر

( کمتريوزن )چگال• )مدول و استحکام( باالتريکي مکانيمقاومتها•يريمقاومت در مقابل آتش گ•ب باالتري تخريدما• باالتريرينفوذ ناپذ•ت بهتريشفاف•ر فرم باالتريي تغيدما• بهتر(يريند پذيته کمتر )فرايسکوزيو•قابليت توليد مواد رساناي پليمري•

52

ويژگيهاي نانوكامپوزيت پليمر )مقاومت آتش گيري(

53

Development of Nanotechnology Markets Worldwide by Applications 2002 –2006-2010- 2015 )bn. US$(

54

مقايسه قيمت نانو ذرات مختلف

TNO Nanocomposites: Past, present and future, TNO Institute of Applied Physics TPD(, http://www.planomers.com

SEM

TEM

58

XRD

0

100

200

300

35 40 50 60 70 80 90

براي آشنايي بيشتر از كجا شروع براي آشنايي بيشتر از كجا شروع كنيم؟كنيم؟

ستاد ويژة توسعة فناوري نانو•

باشگاه نانو•

ايده پردازي در نانوفناوري•

آژانس خبرگزاري تكنولوژي ايران•

www.nano.ir

www.nanoclub.irwww.nanoidea.ir

www.itca.ir

تنها بخشي از آينده است بلكه نهنانو فناوري آينده را دربر مي گيرد تمام

تئتئتال

ARIA POLYMER

ARIA POLYMER

آریا پلیمر

از توجه شما سپاسگزاريم